ワイヤボンディングでの不具合［GOLF CLUB…

Question

ワイヤボンディングでの不具合［GOLF CLUB形状頻発］

初めまして
とあるセンサの組立工程を担当しています。

電気特性確保の制約上　チップtoチップ
ボンディングを実施しているのですが、1st側
のボールボンド形状がゴルフクラブ状になって
しまう不具合が頻発して困っています。
チップ側のPAD材質はアルミです。

製品全体ではもちろん、通常のチップtoリード
（Auメッキ）のボンディングも実施しているの
ですがこの部分では上記の『クラブ形状』は発生していません。

ボンダのステップ送り機能でボンディング状態を
観察しているとアルミPAD上に2ndボンディングし
た後のボール形成時点で、Auワイヤに対し偏心して
ボールができているように見えました。

このことから、可能性として

１）2ndボンディング→ワイヤカット後
　　のテール先端の形状が不安定？
　　→ボール形成が同心円状に進まない？

２）テール先端にアルミ粉が付着
　　→Au溶融時にアルミが溶け込み
　　　凝固する際にアルミが種となり
　　　偏心して固まってしまう？

３）単にワイヤのキャピラリ吸い込み力
　　が不足しているだけ？

等を考えています。
まずは、１）２）に対し、ロバストな
トーチの放電条件があるかもしれないと考え
色々実験しておりますが、うまくいって
おりません。
今後は、３）に対しての対策・確認実験を
進めようとしている所です。

あらぬ方向に検討を進めても、回り道になって
しまうため、一度、経験豊かな皆様のご意見を
伺いたいと思いこの投稿をしました。

ボールボンディングで『クラブ形状』発生の
原因・対策方法についてアドバイスをお願い
致します。

因みにボンディングツールは
Gaiserの1572-17S
ワイヤは　FA32μｍ　を使用しています。
2nd側のアルミ材質は　AL（Si、Cu含有）です。

＋＋＋＋＋＋＋補足ですが＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋
Au線先端にアルミ粉を付着させるとほぼ
全数、ボール形成の偏心現象は再現できます。
ただし、アルミが存在することの影響なのか
テール先端形状の不均一性の影響なのかは
切り分けできておりません。
また、設備条件は特に変更していないのですが
『クラブ形状』の発生頻度は大きく振れている
のが現状です。多いときは1%（ワイヤ当たり）
程度になりますが、少ないときは0.1%以下に
自然と減ってしまいます。
＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋

Accepted Answer

考えられている３つの要因でほぼ間違いないと思います。
またChip to Chipの製品をダイレクトボンドのプロセスを採用しているとのことですので、Tail Cutの先端形状には注意が必要です。【Bumpなどを使わないので、切れ方（形状）が平たくなります】

ボール形成させるFABの体積よりTail先端の潰れ量（体積）が大きい場合間違いなく芯ズレのボールとなってしまいます。
＊変形した金線先端を溶かしきることなくFABが形成されるとCD内への吸い込み不良等が併発しゴルフクラブ現象となる可能性が一層高まります。

現状できる対策方法として、トーチ条件の変更で、時間を短く、電流値を上げてみるのはどうでしょう。
もしくは、テール先端と電極を少しだけ遠ざけて放電させる。ちなみに、この装置は固定トーチ？、可動式トーチのどちらですか？この辺でも、影響は大きくことなります。

最後にAlの影響ですが、Ball変形してしまうほど付着するのであれば、逆に接合条件の見直しが必要ではないでしょうか。Al厚にもよりますが、Siまで到着しているのであれば、クラックなど別の問題になっていませんか？

補足ですが、Tail Cutのスピードを若干遅くすることでも効果はあります。
また、着き性にもよりますが、超音波依存の接合よりも、荷重依存の接合の方が安定すと思います。
最後に一つしつもんです。
接合条件にスクラブ機能など動作的な追加機能は併用していますか？

Answer

細かな説明は金線メーカに問い合わせると資料を入手できると思います。（FA使用という事は田中電子工業ですね。）
ちなみに、短時間による高出力放電は金の組成を安定且つ均一にすることができます。またアニール（ネック部の再粒界結晶部）の長さを短くできるので、Low LoopやBump形成に有効です。特に小ボールではその効果は大きく影響し、均一なFABを形成できます。比較的大きなFABにおいても同様で、安定しない状態にある場合テストしてみる価値があると言う事です。

トーチの放電GAPについてですが、特にFABの異形に関係してきます。
稼動トーチはTailの真下から放電されるので、たいていのTailに対して均一な放電が可能ですが、固定トーチは横方向からのスパークになるため、Tail形状に影響を受けFABのバラツキ原因となってしまいます。
よって、少しでも下方向から放電できるようにGAPを大きく取ることが重要なのでうす。
また。Tailもあまり長すぎないようにするのがコツです。

補足：Chip to ChipはBumpを併用をした方が信頼性は高いのですが、既に手遅れなのですね？
次の機会は是非相談してください。

余談ですが、昨今デバイスの条件出しで悩まれている方が非常に多くいるように感じています。
デバイスに見合った条件出しや部材選定…。

私はある意味プロセスの関係者なのですが、このままでは海外勢に本当に負けてしまいそうです。
少しでもいいデバイスを日本で立ち上げるために努力していきましょう！
と、言っても会社が時間とお金に制約が厳しすぎてそうもいかない状況なのですよね、きっと…。

私で良ければ皆様の力になりたいと思っています。ボンダーの機種にもよりますが、基本プロセスは同じだと思うので、頑張っていきましょう。

ワイヤボンディングでの不具合［GOLF CLUB形状頻発］